多晶纯铜冷压焊连接条件与连接机理分析
发布时间：2021-07-18 08:33
纯铜由于其出色的导电导热性能以及较高的强度和良好的延展性,在许多行业领域中发挥着极其重要的作用。为了在实现连接的情况下保持其良好的功能性,常温下的固相焊接成为这类材料连接中的重要选项,将具有广阔的应用前景。本文以T2多晶纯铜材料为研究对象,采用对接冷压焊对其进行连接,并利用其各向同性特性,结合宏观微观分析、有限元模拟揭示连接过程中界面处的材料塑性流动行为和变形模式,建立简单的基于应变的金属连接准则,再通过微观组织演变分析,获得了该材料实现冷压连接的物理条件。这些分析将促进多晶纯铜冷压连接技术的应用和功能材料连接理论的发展。所得到的主要结果如下:进行对接冷压焊时,当待焊铜棒伸出长度超过一定值（l≥8 mm）时,纯铜在飞边位置开始发生连接,而在中心位置处未发生连接。这是因为由于模具影响使得中心位置的金属塑性流动受到约束,而飞边位置金属流动更加剧烈而形成的。采用Ansys workbench软件进行有限元数值模拟,通过对比有效塑性应变分布与连接处的光学显微结构,进行了冷压焊条件的判断,认为当接触界面有效塑性应变达到约2.6时纯铜能够发生有效连接。为了验证此连接准则,减小纯铜试件直径进行数值模...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
棒材的对接冷压焊示意图
多晶纯铜冷压焊连接条件与连接机理分析21.2冷压焊简介1.2.1冷压焊方法从狭义上来讲，冷压焊接方法包括对接冷压焊和搭接冷压焊，从广义上来讲，挤压、冷轧都属于冷压焊接范畴，这些焊接方法均是通过某种形式向待结合界面提供压力，使待焊金属产生明显塑性变形实现固相焊接[2]。1.2.2对接冷压焊对接冷压焊过程如图所示，一般将工件固定在固定模座内，预留一定长度的工件伸出模座，左右两端夹紧钳口，在外侧工件上施加大小为P的顶锻压力，为了保证足够大小的变形量，P需足够大，使内侧相接触工件的伸出部分发生一定的径向塑性变形。焊接前需将工件待焊合面进行表面处理，焊接过程中将待焊合面的氧化膜等杂质挤出，从而形成连接接头。图1.1棒材的对接冷压焊示意图Fig1.1Diagrammaticsketchofbuttcoldpressureweldingofbars在可靠的工艺条件下，对接冷压焊所获得的焊接接头的机械性能可优于母材的。接头性能取决于材料本身性质、顶锻次数、变形量、表面处理工艺等。对接冷压焊一般应用于棒材的焊接。1.2.3搭接冷压焊搭接冷压焊原理如图1.2所示：将待焊件表面进行刮刷等表面处理去除氧化膜等杂质，之后施加大小为P的压力，使得焊件在塑性变形作用下将新鲜金属挤出，从而发生连接的工艺方法。搭接冷压焊一般应用于板材的焊接。图1.2板材搭接冷压焊示意图
6]年以铝铜异种金属为研究对象进行对接镦粗冷压焊的研究和于1989[7]年以金属纯铝为研究对象进行冷压焊研究后，进一步证实了冷压焊的结合机理中的薄膜理论。薄膜理论：冷压焊前对待焊金属进行表面处理，去除氧化膜、油脂、水汽等表面污染物以后施加压力进行焊接[5]。通常我们采用丙酮除去表面油脂、刮刷处理去除表面氧化膜；但是该处理在去除污染物、氧化膜的同时会在表面引入加工硬化层。许多金属在空气中极易氧化，尽管我们采用各种方法减少表面的污染物和氧化层的产生，但是不能完全避免表面污染物及氧化层的存在，如图1.3(a)所示。随后，对待焊件进行加压作用，使得待连接的两表面接触，压力的进一步作用将会导致结合表面扩张。但是，金属的塑性好而污染物、氧化膜的塑性差，因此两部分不能产生同步塑性变形，这将不可避免地导致表面污染物膜及硬化层的开裂。在压力持续增大时新鲜金属将从中挤出，如图1.3(b)所示。焊接压力的持续增大使得挤出的新鲜金属越来越多并在一定的压力作用下金属间距达到原子级别，从而实现了冶金结合[8]，如图1.3(c)所示。图1.3冷压焊结合机理模型Fig1.3Bondingmechanismmodelofcold-presswelding许多研究人员都已经通过实验证明了薄膜理论，但该理论更多地只在宏观上描述了发生连接的过程并没有考虑塑性变形过程中引起的各类缺陷、局部温升对金属连接的作用。②扩散理论扩散理论，根据国际焊接学会的定义：一种通过焊接界面原子水平上的互扩散形成键来制造整体接头的工艺，由于局部升温和局部塑性变形导致结合面闭合，从而更有利于材料表面层的互扩散[9]。许多学者都在异种金属的冷压焊中发现了扩散现象[10]。分析认为，冷压焊过程中产生强烈的塑性变形从而产生较多的晶体缺陷、应力集中，这些因?
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷压焊界面结合机理与结合强度研究现状[J]. 王艳松,李文亚,杨夏炜,付颖. 材料工程. 2016(04)
[2]一种摩擦系数的测量方法及其在数值模拟中的应用[J]. 田成达,唐鼎,李大永,彭颖红. 塑性工程学报. 2008(05)
[3]摩擦焊合区金属的塑性流变对接头力学性能的影响[J]. 王艳芳,王忠平,毛明. 航空精密制造技术. 2006(05)
[4]不断发展的固态焊接技术[J]. 郝长岭,亢世江,陈学广. 焊接技术. 2002(05)
[5]金属冷压焊界面结合机理探讨[J]. 李云涛,杜则裕,马成勇. 天津大学学报. 2002(04)
[6]有限元法处理金属塑性成型过程的接触问题[J]. 苏岚,王先进,唐荻,孙吉先,田荣彬. 塑性工程学报. 2000(04)
[7]有限元仿真技术在板材成形中的应用[J]. 蒋浩民,陈新平,吴华. 金属成形工艺. 2000(05)
博士论文
[1]GH99高温合金高温变形行为及组织演化规律研究[D]. 张弘斌.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]单晶铜冷压焊接头的组织变化与性能研究[D]. 冉小龙.兰州理工大学 2019
[2]双金属冷压焊固相结合区原子相互作用的研究[D]. 田娜.河北工业大学 2015
[3]异种金属冷压焊焊接过程数值模拟及连接机理的研究[D]. 郝长岭.河北工业大学 2003
本文编号：3289227
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
棒材的对接冷压焊示意图
多晶纯铜冷压焊连接条件与连接机理分析21.2冷压焊简介1.2.1冷压焊方法从狭义上来讲，冷压焊接方法包括对接冷压焊和搭接冷压焊，从广义上来讲，挤压、冷轧都属于冷压焊接范畴，这些焊接方法均是通过某种形式向待结合界面提供压力，使待焊金属产生明显塑性变形实现固相焊接[2]。1.2.2对接冷压焊对接冷压焊过程如图所示，一般将工件固定在固定模座内，预留一定长度的工件伸出模座，左右两端夹紧钳口，在外侧工件上施加大小为P的顶锻压力，为了保证足够大小的变形量，P需足够大，使内侧相接触工件的伸出部分发生一定的径向塑性变形。焊接前需将工件待焊合面进行表面处理，焊接过程中将待焊合面的氧化膜等杂质挤出，从而形成连接接头。图1.1棒材的对接冷压焊示意图Fig1.1Diagrammaticsketchofbuttcoldpressureweldingofbars在可靠的工艺条件下，对接冷压焊所获得的焊接接头的机械性能可优于母材的。接头性能取决于材料本身性质、顶锻次数、变形量、表面处理工艺等。对接冷压焊一般应用于棒材的焊接。1.2.3搭接冷压焊搭接冷压焊原理如图1.2所示：将待焊件表面进行刮刷等表面处理去除氧化膜等杂质，之后施加大小为P的压力，使得焊件在塑性变形作用下将新鲜金属挤出，从而发生连接的工艺方法。搭接冷压焊一般应用于板材的焊接。图1.2板材搭接冷压焊示意图
6]年以铝铜异种金属为研究对象进行对接镦粗冷压焊的研究和于1989[7]年以金属纯铝为研究对象进行冷压焊研究后，进一步证实了冷压焊的结合机理中的薄膜理论。薄膜理论：冷压焊前对待焊金属进行表面处理，去除氧化膜、油脂、水汽等表面污染物以后施加压力进行焊接[5]。通常我们采用丙酮除去表面油脂、刮刷处理去除表面氧化膜；但是该处理在去除污染物、氧化膜的同时会在表面引入加工硬化层。许多金属在空气中极易氧化，尽管我们采用各种方法减少表面的污染物和氧化层的产生，但是不能完全避免表面污染物及氧化层的存在，如图1.3(a)所示。随后，对待焊件进行加压作用，使得待连接的两表面接触，压力的进一步作用将会导致结合表面扩张。但是，金属的塑性好而污染物、氧化膜的塑性差，因此两部分不能产生同步塑性变形，这将不可避免地导致表面污染物膜及硬化层的开裂。在压力持续增大时新鲜金属将从中挤出，如图1.3(b)所示。焊接压力的持续增大使得挤出的新鲜金属越来越多并在一定的压力作用下金属间距达到原子级别，从而实现了冶金结合[8]，如图1.3(c)所示。图1.3冷压焊结合机理模型Fig1.3Bondingmechanismmodelofcold-presswelding许多研究人员都已经通过实验证明了薄膜理论，但该理论更多地只在宏观上描述了发生连接的过程并没有考虑塑性变形过程中引起的各类缺陷、局部温升对金属连接的作用。②扩散理论扩散理论，根据国际焊接学会的定义：一种通过焊接界面原子水平上的互扩散形成键来制造整体接头的工艺，由于局部升温和局部塑性变形导致结合面闭合，从而更有利于材料表面层的互扩散[9]。许多学者都在异种金属的冷压焊中发现了扩散现象[10]。分析认为，冷压焊过程中产生强烈的塑性变形从而产生较多的晶体缺陷、应力集中，这些因?
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷压焊界面结合机理与结合强度研究现状[J]. 王艳松,李文亚,杨夏炜,付颖. 材料工程. 2016(04)
[2]一种摩擦系数的测量方法及其在数值模拟中的应用[J]. 田成达,唐鼎,李大永,彭颖红. 塑性工程学报. 2008(05)
[3]摩擦焊合区金属的塑性流变对接头力学性能的影响[J]. 王艳芳,王忠平,毛明. 航空精密制造技术. 2006(05)
[4]不断发展的固态焊接技术[J]. 郝长岭,亢世江,陈学广. 焊接技术. 2002(05)
[5]金属冷压焊界面结合机理探讨[J]. 李云涛,杜则裕,马成勇. 天津大学学报. 2002(04)
[6]有限元法处理金属塑性成型过程的接触问题[J]. 苏岚,王先进,唐荻,孙吉先,田荣彬. 塑性工程学报. 2000(04)
[7]有限元仿真技术在板材成形中的应用[J]. 蒋浩民,陈新平,吴华. 金属成形工艺. 2000(05)
博士论文
[1]GH99高温合金高温变形行为及组织演化规律研究[D]. 张弘斌.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]单晶铜冷压焊接头的组织变化与性能研究[D]. 冉小龙.兰州理工大学 2019
[2]双金属冷压焊固相结合区原子相互作用的研究[D]. 田娜.河北工业大学 2015
[3]异种金属冷压焊焊接过程数值模拟及连接机理的研究[D]. 郝长岭.河北工业大学 2003
本文编号：3289227
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